Загадка белых дыр: квантовый мост между прошлым и будущим 🌌 0:01
В серии бесед «Beyond Einstein» известный физик-теоретик Брайан Грин и его гость Карло Ровелли обсуждают одну из самых захватывающих гипотез современной астрофизики — существование белых дыр. В то время как черные дыры поглощают всё, что попадает в их гравитационный захват, белые дыры, согласно теории, представляют собой их временную инверсию: объекты, из которых материя и свет только извергаются. Ровелли, директор группы квантовой гравитации в Центре теоретической физики Марсельского университета, предполагает, что эти гипотетические структуры могут оказаться не просто математической абстракцией, а ключом к разгадке природы темной материи.
⏳ Время как симметрия физических законов 2:42
Фундаментальная идея белых дыр опирается на принцип временной инвариантности законов физики. По словам Ровелли, большинство фундаментальных уравнений не делают различий между направлением времени «вперед» и «назад».
- Если какой-то процесс физически возможен (например, разбивание стакана), то теоретически возможен и обратный процесс (собирание осколков в целый стакан), хотя в повседневной жизни мы наблюдаем только энтропийные, необратимые явления.
- Черные дыры, будучи объектами относительно «простыми» с точки зрения фундаментальных законов, подчиняются этому принципу: при обращении времени «черная» дыра превращается в «белую».
Ровелли отмечает, что отношение к черным дырам прошло долгий путь: в 1930-е годы, когда Карл Янский впервые зафиксировал мощный радиосигнал из центра Млечного Пути, ученые не понимали его природы. Сегодня мы знаем, что это сверхмассивная черная дыра, однако в учебниках времен студенчества Ровелли существование черных дыр часто ставилось под сомнение, хотя они и следовали из общей теории относительности Эйнштейна.
🕳️ Квантовый прыжок: от смерти черной дыры к рождению белой 10:06
Главная сложность в понимании белых дыр заключается в вопросе их происхождения: если в черную дыру всё падает, то откуда берется материя, «вылетающая» из белой дыры? Карло Ровелли предлагает решение, основанное на квантовой гравитации.
- Когда черная дыра испаряется (излучение Хокинга), она постепенно теряет массу и уменьшается.
- Согласно классической теории, когда такая дыра сжимается до сингулярности, математика перестает работать, сигнализируя о том, что теория «сломалась».
- Однако Ровелли утверждает, что сингулярность — это не «вещь», а признак необходимости учета квантовых эффектов.
- В квантовом режиме происходит своего рода «прыжок»: черная дыра, став критически малой, трансформируется (отскакивает) в белую дыру.
Этот переход, по мнению Ровелли, возможен только тогда, когда черная дыра достигает планковской массы — чрезвычайно малого, но физически значимого значения.
🌑 Белые дыры как кандидаты в темную материю 17:23
Наиболее смелая гипотеза, представленная гостем, заключается в связи между остатками белых дыр и темной материей.
- После квантового перехода белая дыра становится «реликтом» — крошечным объектом, который живет чрезвычайно долго.
- Такие объекты обладают массой, но взаимодействуют с окружающим миром исключительно через гравитацию, не проявляя себя в электромагнитном спектре.
- Ровелли предполагает, что Вселенная может быть заполнена такими микроскопическими «гранулами» белых дыр, которые и создают наблюдаемый эффект темной материи, не требуя при этом введения дополнительных элементарных частиц или изменения самих законов физики.
⚖️ Метафизика или будущее физики? 27:27
Брайан Грин и Карло Ровелли затронули болезненный вопрос для современной теоретической физики: насколько абстрактные теории, не имеющие прямого экспериментального подтверждения, остаются «физикой», а не переходят в область метафизики.
- Ровелли признает: работа теоретиков может быть напрасной, если не будет найдена связь с экспериментом. Однако он проводит аналогию с Николаем Коперником, чьи идеи изначально были чисто теоретическими и лишь спустя полтора столетия получили надежное подтверждение.
- По мнению Ровелли, успех науки заключается в накоплении свидетельств, подтверждающих теорию.
- Грин, в свою очередь, отмечает, что попытки найти квантовую теорию гравитации (как в рамках теории струн, которую развивает он сам, так и петлевой квантовой гравитации Ровелли) показывают, что обе школы мысли иногда приходят к схожим выводам о дискретности пространства, что повышает доверие к обоим подходам.
Несмотря на отсутствие на текущий момент прямых наблюдений белых дыр, ведущие дискуссии сошлись во мнении, что история науки полна примеров, когда теоретические предсказания — от черных дыр до гравитационных волн — со временем становились доказанными фактами.
